Thèse Modélisation Hydrogéologique de la Zone Critique Carbonatée - Karst du Larzac H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : GM - Géosciences Montpellier
Direction de la thèse : Cedric CHAMPOLLION ORCID 0000000155503252
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Les objectifs scientifiques de cette thèse portent sur l'utilisation combinée d'observations géochimiques et géophysiques pour comprendre et estimer les variations de la quantité et de la qualité de l'eau souterraine disponible dans les milieux karstiques. Ce couplage essentiel pour l'étude des milieux complexes comme les karsts n'est quasiment jamais mis en oeuvre du fait du cloisonnement disciplinaires. L'objectif est donc de rompre ce cloisonnement pour exploiter pleinement les observations disponibles dans les observatoires de l'infrastructure de recherche OZCAR comme l'Observatoire du Larzac (https://deims.org/83b01fa5-747f-47be-9185-408d73a90fb2).

Les karsts abritent des aquifères complexes et hétérogènes. Cette hétérogénéité engendre une infiltration localisée, des transferts rapides à travers le réseau de drainage souterrain, et en parallèle, un stockage important de l'eau sur des échelles de temps pluriannuelles. Afin de mieux gérer la ressource en eau dans ces territoires, il est nécessaire de mieux comprendre les écoulements et d'améliorer les modèles conceptuels et numériques du cycle de l'eau à l'échelle de l'aquifère.
Aujourd'hui les concepts classiques du karst ne permet pas d'expliquer la variété des réponses hydrochimiques et géophysiques : les phénomènes de mobilisation de contaminants au cours des crues, l'interaction entre les différents compartiments d'un système, les phénomènes de stockage au cours des crues ou à l'échelle saisonnière. Ces processus sont pourtant essentiels pour aborder scientifiquement la qualité et la quantité de l'eau souterraine karstique et pour fournir des indicateurs fiables pour leur préservation.

Les résultats issus de la géochimie et de la géophysique révèlent le rôle de la zone non saturée (ZNS) sur la qualité et la quantité de la ressource, qui - en général - est observée uniquement à l'exutoire du système karstique. Combiner ces 2 approches dans les modèles de fonctionnement hydrogéologique permet d'intégrer des informations sur l'origine de l'eau, les transferts et les stockages au sein des différents compartiments des systèmes karstiques, et in fine permettre de mieux caractériser les processus de recharge et la sensibilité de ces aquifères aux forçages anthropiques et climatiques.
Cette thèse vise à améliorer la compréhension des systèmes karstiques en contraignant les modèles de fonctionnement par les informations issues de la géochimie et de la géophysique. Le projet de thèse inclut 2 axes de recherche principaux:
- Le rôle de la ZNS (mode de recharge, occupation des sols et variabilité spatiale) sur la qualité et la quantité de la ressource en eau souterraine.
- L'estimation de la recharge et du type de recharge à l'aide de la modélisation des transferts dans la zone d'infiltration et à l'exutoire.
Dans les deux axes, la géophysique est utilisée pour contraindre la quantité de flux infiltrée et doit permettre une estimation plus réaliste du stock d'eau disponible dans la ZNS. La géochimie est utilisée pour caractériser l'origine de l'eau et mieux contraindre les temps de résidence ou les recharges localisées. L'objectif est non plus de fournir des indicateurs uniquement basés sur le débit des sources karstiques mais basés sur la ressource en eau tant d'un point de vue du gestionnaire (ressource exploitable disponible) que d'un point environnementale (avec les services écosystémiques associés).

L'utilisation de modèles numériques à base physique sera évaluée sur la base de structures simples en 2D issues de l'imagerie géophysique. Une complexification des modèles d'infiltration sera envisagée selon le type de variables prises en compte et un focus sera réalisé sur la séparation entre le stock en eau souterraine et les flux associés.
Pour réaliser cette convergence géochimie-géophysique, il est nécessaire de disposer de sites instrumentés et suivis à des échelles de temps variées. Les suivis continus physico-chimiques semi-conservatifs à l'échelle de la crue tels que la conductivité électrique, ou les nitrates nous renseignent sur les dynamiques de mélange et de mobilisation des différents compartiments (eau nouvelle/eau ancienne, mobilisation d'éléments, etc.). Durant la thèse, un suivi à hautes fréquences des nutriments par un spectromètre sera testé en contexte karstique dans le cadre de la mise en place d'un observatoire permanent à la source.
Les suivis continus géophysiques (gravimétrie, sismologie, météorologique) mis en place sur l'Observatoire du Larzac apportent des contraintes quantitatives sur les variations de stock d'eau dans la zone non saturée à toutes les échelles de temps (Fores, 2017). La zone d'investigation (> 100 m) des méthodes géophysiques utilisées permet de s'affranchir des plus petites hétérogénéités du karst. Pour les hétérogénéités à plus grande échelle, des expériences géophysiques spatialisées peuvent être mises en place.
Les sites d'étude visés sont donc des aquifères karstiques comportant déjà des suivis à haute fréquence sur plusieurs cycles hydrologiques. Un focus sera fait sur le site du Durzon sur le Larzac (hydrochimie et géophyique continue - http://hplus.ore.fr/en/larzac) et potentiellement d'autres sites en fonction des collaborations françaises et internationales en cours